Tipul obișnuit de microscop pe care îl puteți găsi într-o sală de clasă sau laborator de științe este un microscop optic. Un microscop optic folosește lumina pentru a mări o imagine de până la 2000x (de obicei mult mai puțin) și are o rezoluție de aproximativ 200 nanometri. Un microscop electronic, pe de altă parte, folosește un fascicul de electroni și nu lumină pentru a forma imaginea. Mărirea unui microscop electronic poate fi de până la 10.000.000x, cu o rezoluție de 50 de picometri (0.05 nanometri).
Avantajele utilizării unui microscop electronic peste un microscop optic sunt o marire și o putere de rezolvare mult mai mari. Dezavantajele includ costul și dimensiunea echipamentului, cerința de pregătire specială pentru pregătirea eșantioanelor pentru microscopie și utilizarea microscopului și necesitatea vizualizării probelor în vid (deși pot fi utilizate unele probe hidratate).
Cel mai simplu mod de a înțelege cum funcționează un microscop electronic este să îl compari cu un microscop luminos obișnuit. Într-un microscop optic, te uiți printr-un ocular și lentilă pentru a vedea o imagine mărită a unui specimen. Configurarea microscopului optic constă dintr-un specimen, lentile, o sursă de lumină și o imagine pe care o puteți vedea.
Într-un microscop electronic, un fascicul de electroni ia locul fasciculului de lumină. Specimenul trebuie să fie pregătit special pentru ca electronii să poată interacționa cu acesta. Aerul din camera de eșantion este pompat pentru a forma un vid, deoarece electronii nu circulă departe într-un gaz. În loc de lentile, bobinele electromagnetice focalizează fasciculul de electroni. Electromagnetii îndoaie fasciculul de electroni în același mod în care lentilele îndoiesc lumina. Imaginea este produsă de electroni, deci este vizualizată fie prin realizarea unei fotografii (o micrografie electronică), fie prin vizualizarea specimenului printr-un monitor.
Există trei tipuri principale de microscopie electronică, care diferă în funcție de modul de formare a imaginii, de modul în care este pregătit eșantionul și de rezoluția imaginii. Acestea sunt microscopie electronică de transmisie (TEM), microscopie electronică de scanare (SEM) și microscopie de tunelare de scanare (STM).
Primele microscoape electronice inventate au fost microscoape electronice de transmisie. În TEM, un fascicul de electroni de înaltă tensiune este transmis parțial printr-o probă foarte subțire pentru a forma o imagine pe o placă fotografică, senzor sau ecran fluorescent. Imaginea care este formată este bidimensională și alb-negru, precum un an raze X. Avantajul tehnicii este că este capabil de mărire și rezoluție foarte mare (aproximativ un ordin de mărime mai bun decât SEM). Dezavantajul cheie este că funcționează cel mai bine cu probe foarte subțiri.
În microscopia electronică de scanare, fasciculul de electroni este scanat pe toată suprafața unui eșantion într-un model raster. Imaginea este formată de electroni secundari emiți de la suprafață atunci când sunt excitați de fasciculul de electroni. Detectorul mapează semnalele electronilor, formând o imagine care arată adâncimea câmpului în plus față de structura suprafeței. În timp ce rezoluția este mai mică decât cea a TEM, SEM oferă două mari avantaje. În primul rând, formează o imagine tridimensională a unui specimen. În al doilea rând, poate fi folosit pe epruvete mai groase, deoarece doar suprafața este scanată.
Atât TEM, cât și SEM, este important să ne dăm seama că imaginea nu este neapărat o reprezentare precisă a eșantionului. Specimenul poate suferi modificări datorită pregătirii sale pentru microscop, de la expunerea la vid sau de la expunerea la fasciculul de electroni.
Un microscop de tunelare de scanare (STM) imagini suprafețe la nivel atomic. Este singurul tip de microscopie electronică care poate imagina individ atomi. Rezoluția sa este de aproximativ 0,1 nanometri, cu o adâncime de aproximativ 0,01 nanometri. STM poate fi utilizat nu numai în vid, ci și în aer, apă și alte gaze și lichide. Poate fi folosit pe o gamă largă de temperatură, de la aproape zero absolut la peste 1000 de grade C.
STM se bazează pe tunelarea cuantică. Un vârf conductor electric este adus lângă suprafața eșantionului. Când se aplică o diferență de tensiune, electronii pot tunela între vârf și epruvetă. Modificarea curentului vârfului este măsurată pe măsură ce este scanată pe eșantion pentru a forma o imagine. Spre deosebire de alte tipuri de microscopie electronică, instrumentul este accesibil și ușor de realizat. Cu toate acestea, STM necesită eșantioane extrem de curate și poate fi dificil să-l funcționeze.